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1、3D打印设备机械机构设计摘 要 基于 FDM 技术的3D 打印已逐渐发展成为一种新的主流加工技术。与传统制造技术不同, 基于 FDM 技术的3D 打印机可以降低复杂零件的制造难度、操作方便、成本低、印刷材料来源广泛等特点。然而, 它也面临许多困难和挑战。特别是在成形精度、印刷速度和新材料的研发等方面, 还有待研究。因此, 3D 打印技术的发展和推广仍有广阔的空间。针对现有的基于 FDM 技术的三维打印机的低打印效率和成形精度差等缺点, 分析了三维打印机的工作原理, 并根据目前的结构设计了一种三喷嘴3D 打印机。对其机械结构进行了设计和改进。根据不同的分工, 将三维打印机分为挤出机构、送丝机构、
2、传动机构、散热结构、伺服系统、温控系统等。设计了送丝机构的布置方案。针对喷嘴直径的不同, 采用近端送丝与远端送丝相结合的送丝方法, 降低了挤出机构的重量, 提高了印刷速度。改进环形散热器的结构, 选择散热器数量、长度、高度等参数的最佳组合, 增加散热, 解决喷水器印刷堵塞的问题。分析了三维打印机轴承部件的强度和刚度, 并对机械结构的可行性进行了测试。对喷嘴内流体的实际运动进行了模拟, 验证了三喷嘴挤出机构的可行性和喷嘴的结构设计。研究了三维打印机的温度控制系统, 以确保工作过程的稳定性。绘制了传统 PID 控制和模糊 PID 控制的响应曲线, 并对它们进行了比较。选择了一种更合适的控制算法,
3、使温度控制更加准确。通过对基于 FDM 技术的三维打印机结构设计与控制系统的研究, 可以提高送丝的丝堵塞、唾液和动力不足等问题, 同时提高印刷精度和印刷速度。基于 FDM 技术的3D 打印机的设计通过对设计的3D 打印机进行了多项打印样品的测试, 满足了设计要求, 为以后的3D 打印机开发提供了参考, 具有较高的精度和效率。 关键词：FDM ； 3D 打印机；挤出机构 Abstract3D printing based on FDM technology has gradually developed into a new mainstream processing technology. D
4、ifferent from traditional manufacturing technology, 3D printer based on FDM technology can reduce the manufacturing difficulty of complex parts, convenient operation, low cost and wide source of printing materials. However, it also faces many difficulties and challenges. Especially in the forming ac
5、curacy, printing speed and new material research and development, etc. Therefore, there is still a broad space for the development and promotion of 3D printing technology. Aiming at the disadvantages of existing 3D printers based on FDM technology, such as low printing efficiency and poor forming ac
6、curacy, this paper analyzes the working principle of 3D printers, and designs a 3D printer with three nozzles according to the current structure. Its mechanical structure was designed and improved. According to the different division of labor, the 3d printer is divided into extrusion mechanism, wire
7、 feeding mechanism, transmission mechanism, heat dissipation structure, servo system, temperature control system, etc. The layout of wire feeding mechanism is designed. According to the different diameter of the nozzle, the method of feeding the near end wire and the far end wire is adopted to reduc
8、e the weight of the extrusion mechanism and improve the printing speed. Improve the structure of the ring radiator, choose the best combination of the number, length, height and other parameters of the radiator, increase the heat dissipation, and solve the problem of blocking the printing of the spr
9、inkler. The strength and stiffness of 3d printer bearing parts are analyzed, and the feasibility of mechanical structure is tested. The actual motion of the fluid in the nozzle is simulated, and the feasibility of the three-nozzle extrusion mechanism and the structure design of the nozzle are verifi
10、ed. The temperature control system of 3d printer is studied to ensure the stability of working process. The response curves of traditional PID control and fuzzy PID control are drawn and compared. A more suitable control algorithm is selected to make the temperature control more accurate. Through th
11、e research on the structure design and control system of 3d printer based on FDM technology, the problems such as wire blockage, saliva and power shortage of wire feeding can be improved, and the printing accuracy and speed can be improved at the same time. The design of 3D printer based on FDM tech
12、nology has satisfied the design requirements and provided references for the future development of 3D printer with high accuracy and efficiency through the test of a number of printed samples of the designed 3D printer.Key words: FDM; 3D printer; Extrusion mechanism目 录第1章 绪论21.1 课题研究的背景和意义21.2 3D 打印
13、机的分类与基本原理分析31.2.1 3D 打印机的分类31.2.2 基于 FDM 技术的 3D 打印机的工作原理71.3 基于 FDM 技术的 3D 打印机国内外研究现状91.3.1 国外研究现状91.3.2 国内研究现状101.3.3 存在的问题121.4 本文研究内容13第二章 基于FDM技术的3D打印机核心机构及结构设计142.1 引言142.2 基于 FDM 技术的 3D 打印机总体设计142.3 基于 FDM技术的 3D 打印机三喷嘴挤出机构的设计182.3.1 三喷嘴挤出机构的挤出方式选择182.3.2 三喷嘴挤出机构的喷嘴结构设计192.3.3 三喷嘴挤出机构的布局设计242.4
14、 送丝机构的设计262.4.1影响送丝驱动力的因素262.4.2 送丝机构的设计282.5 散热结构的设计302.5.1散热结构热分析302.5.2 散热结构模型建立312.5.3 散热结构尺寸参数分析322.6 传动机构设计362.6.1 传动机构运动方式分析362.6.2 传动机构方案设计372.7 机身结构和工作平台设计392.7.1 机身结构设计392.7.2 工作平台设计40第三章 结论41致 谢42参考文献43 第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义三维打印是一种集数字化、人工智能和新材料应用于一体的新型制造方法。在当今的3D 打印领域, 打印技术的类型是多样化的。根据不同的印刷
15、原理, 可分为熔融沉积快速成型 (FDM)、光固化成形 (SLA)、三维粉末粘接 (3DP) 和选择性激光烧结 (SLS)。与其他技术相比, 基于 FDM 技术的3D 打印机在简单、安全的环境中运行, 在打印部件的过程中不产生有毒气体或化学物质, 适用于家庭和办公室。对印刷材料的要求相对较低。印刷材料具有成本低、利用率高、运输方便等优点。同时, 对于一些结构复杂的产品, 传统的加工技术由于其加工设备的局限性, 往往会影响零件在设计和加工过程中的制造精度, 因为加工技术本身不能满足制造要求, 导致一些结构不容易形成。然而, 基于 FDM 技术的3D 打印机可以很好地改善这些问题。目前, 基于 F
16、DM 技术的3D 打印在医疗、国防等前沿地区得到了广泛的应用。中国政府还加大了在三维打印领域的发展。在 十三五 规划文件中, 多次提到了新增材料制造, 并明确提出了改进后的补充材料制造技术的创新和研发体系。然而, 在基于 FDM 技术的3D 打印机市场上, 由于国外技术相对成熟, 3D 打印机的精度和速度具有更多的优势。我国许多高品质的桌面3D 打印机只依赖进口, 存在进口价格和维护成本高的问题。因此, 国内基于 FDM 技术的3D 打印机的研究和开发, 对于我国普通家庭的利用和科技前沿领域的推广具有十分重要的意义。开发具有现有3D 打印机功能的3D 打印机, 而且可以提高成型精度, 提高打印速度, 降低成本, 获得大量推广, 已成为当前该领域研究的热点。在政府和科技工作者
